В упрощенном варианте принцип работы портов в цифровых режимах записи и чтения удобно рассмотреть на схеме, приведенной на рисунке 2. 

На внешнем выводе I/O Pin стоит защита от напряжения. При превышении напряжения на выводе откроется верхний диод и сбросит напряжение на линию питания. При возникновении на выводе отрицательного напряжения, откроется нижний диод и погасит всплеск на землю. Данная защита рассчитана на незначительные скачки напряжения.

В микроконтроллерах есть выводы, которые обозначены как "входы, толерантные к TTL сигналам". В спецификации указано, что на эти входы может подаваться внешнее напряжение до 5,25 вольт. Дело в том, что в схемотехнике данных выводов отсутствует верхний диод к питанию. Получается, что при приложении внешнего напряжения, превышающего напряжение питания МК, ток через вывод не течет - верхнего диода нет, а вывод может быть только входом. Часть Output Driver в данном случае должна быть отключена.

Работа выходного тракта осуществляется включением ключа "Output Enable" в схеме. В библиотеке SPL за это отвечает параметр:

Когда порт работает на выход, то вариантов настройки не много. В основном режиме ключ "Pull-Down" закрыт и транзисторы, переключаясь попарно, передают "0" или "1" со входа на выход. За закрытое положение ключа в SPL отвечает параметр:

В режиме с открытым стоком ключ "Open Drain" открыт и верхний транзистор отвязан от выходной линии. Получается, что он не может передать "1" на выход. В то же время нижний транзистор работает как раньше и сбрасывает состояние выхода в "0" при открытии. Этот режим подходит для линий или шин в которых есть внешняя подтяжка к линии питания, например в I2C. В таком случае после закрытия транзистора земли, на линии появится "1" за счет этой общей подтяжки к питанию. За включение этого режима ключа в SPL отвечает параметр:

Когда интересует чтение внешних данных, приходящих на пин, то собственный тракт выхода следует отключить. В SPL:

Рассмотрим настройки порта в режиме чтения.

Когда резисторы подтяжки Pull Up и Pull Down отключены, и при этом отключен выходной тракт, ключ Output Enabled выключен, внешний вывод становится "висящим". Это состояние называется высокоомным или Hi-Z состоянием. Такой режим может применяться, например, для прослушивания какой-нибудь линии в шине. Поскольку сопротивление нашего вывода очень велико, то его присутствие никак не сказывается на работе шины. В тоже время, поскольку это, по существу, висящий провод, то он ловит всевозможные помехи и наводки. Для борьбы с наводками используются подтягивающие резисторы.

В SPL подтяжки выключаются так:

При включении резистора Pull Up, сопротивление которого ~50кОм, шумы на выводе подавятся. На внешнем выводе по умолчанию появится логическая "1". В тоже время, если к выводу подключена кнопка, замыкающая линию на землю, то на выводе появится логический "0". В SPL:

При включении резистора Pull Down сопротивление которого также ~50кОм, на выводе устанавливается "0". В SPL:

В тракте считывания может быть включен триггер Шмитта. Этот триггер известен тем, что имеет гистерезис и при некотором отклонении напряжения dU от заданного логического уровня на входе сохраняет текущее логическое значение на выходе.

Например, если ножка настроена на вход и напряжение на ней равно напряжению питания, то микроконтроллер трактует это, как наличие логической «1» на входе. Если в какой-то момент на линии появится помеха, или наводка такая, что напряжение на входе просядет меньше чем на dU, то микроконтроллер будет по-прежнему трактовать это как логическую «1». С логическим нулем ситуация аналогичная.

В SPL, выключен:

включен: